Cómo calcular / estimar la unión de termocópula de una unión de soldadura entre una PCB y un componente

I encontré esta publicación aquí que contiene algunos experimentos realmente útiles para la térmica Valores EMF para diferentes soldaduras.

  

Se han realizado mediciones entre el punto de hielo y el punto de ebullición.   con Agilent 34401A. No espero que las curvas sean lineales, pero aquí   se asume que son.

     

Cobre - Sn96.5 / Ag3 / Cu0.5 - > 3.35uV / K
  Cobre - Sn95.5 / Ag3.8 / Cu0.7 - > 3.22uV / K
  Cobre - Sn60 / Pb40 - > 3.34uV / K
  Cobre - Pb92.5 / Sn5 / Ag2.5 - > 3.02uV / K
  Cobre - Sn99.3 / Cu0.7 - > 3.43uV / K
  Cobre - Sn96 / Ag4 - > 3.33uV / K
  Cobre - Sn42 / Bi57.6 / Ag0.4 - > 4.43uV / K (gracias a Herbert)
  Cobre - Sn100C (Sn-Cu-Ni + Ge) - > 3.45uV / K (gracias a Dan)
  Cobre - Latón - > 3.30uV / K
   El mejor sigue siendo el Pb92.5 / Sn5 / Ag2.5, el mejor entre los libres de plomo es el Sn95.5 / Ag3.8 / Cu0.7.

     

Si alguien tiene otras aleaciones para sugerirme que haga la prueba, estaré encantado de hacerlo.   (Acabo de pedir el Sn97 / Cu3 para ver si hay un mayor contenido de cobre).   es relevante).

     

Estaré muy feliz de pasar todas las muestras a un compañero que desee   repita el experimento, proporcione que él / ella publique los resultados aquí y   A su vez, le pasará todo al segundo que hará lo mismo.

     

Andrea

Fuente febo.com (otra vez)

Entonces, en mi caso: al cambiar a una soldadura sin plomo, solo voy a ser un 10% peor en mi fuente de error térmico. Pero solo si obtengo una soldadura sin plomo con una aleación de oro. El bismuto es claramente algo de lo que debe mantenerse alejado si el EMF térmico es una preocupación con un error del 45% más que la soldadura de plomo.

La mejor manera de minimizar los EMF térmicos en un mundo posterior al plomo es con la soldadura Sn95.5 / Ag3.8 / Cu0.7.

SnPb 63/37 tiene un coeficiente de Seebeck de aproximadamente -1.5 (relativo al platino). El cobre tiene un coeficiente de Seebeck de +6.5, por lo que obtiene +5 para una unión de soldadura-cobre.

Las soldaduras sin plomo basadas en estaño están en el rango de -0.9 a -1.2 a temperatura ambiente, por lo que el efecto termoeléctrico neto no es muy diferente del de la soldadura con plomo (un poco peor).

Para evitar que los efectos termoeléctricos afecten sus mediciones sensibles de baja frecuencia, primero debe evitar los gradientes de temperatura tanto como sea posible. Mantenga las fuentes de calor importantes alejadas de los bits sensibles. Y si debe tener gradientes, intente mantener las cosas simétricas para que se cancelen los voltajes termoeléctricos.

Por ejemplo, si el dispositivo en su imagen es una resistencia sensorial que tiene un bajo voltaje a través de ella, pero se calienta, así que hay un gradiente, puede mantener los patrones de cobre en cada pin de la resistencia del área similar por lo que la resistencia es la misma temperatura en ambos extremos, cancelando así los voltajes termoeléctricos. Lo único que importa son las diferencias de temperatura, no la temperatura absoluta (de lo contrario, se violarían las leyes de la termodinámica ya que podría generar energía sin flujo de calor).

Algunas veces, se pueden usar ranuras colocadas juiciosamente en el PCB o roturas en los planos de tierra para crear islas que son más isotérmicas que el resto del tablero, como en analógico / what-s-all-s-all-ltz1000-stuff-anyway. La parte que se muestra está horneada internamente, por lo que se calienta bastante.

Hay soldaduras EMF especiales de bajo contenido térmico (lo que significa que su coeficiente Seebeck es complementario al del cobre), pero tienden a contener cadmio.

Si el diseño es razonable, estos efectos no tienden a aparecer hasta que llegas a la región por debajo de 10uV. Definitivamente, puede observar un aumento en el ruido de baja frecuencia en muchas mediciones como resultado de las corrientes de aire alrededor de PCB si no se cuida.

Hay tres cosas que señalar aquí.

1) Probablemente no importa cuál sea el coeficiente de Seebeck de la soldadura. Cuando apilas varios metales juntos, y toda la pila está a la misma temperatura; luego, el coeficiente de la pila en su totalidad depende solo de lo que los metales están en los extremos de la pila (cualquier voltaje generado internamente en la pila tiende a cancelarse de tal manera que la tensión final solo depende de los metales en los extremos). En este caso, los extremos de la pila son la traza y el cable componente (no la soldadura).

Esta es la razón por la que se puede soldar el extremo expuesto de un termopar a un trozo de cobre y el termopar seguirá midiendo la temperatura correcta (aunque la trayectoria eléctrica ahora involucra algo de soldadura).

La suposición de que toda la pila de metal está a la misma temperatura generalmente es válida en el caso de una unión de soldadura entre un cable componente y un PCB. La junta tiende a ser muy delgada y relativamente ancha (por lo que la conductividad térmica suele ser de muchos vatios por grado C).


2) Si los cables y las trazas están hechos de diferentes metales, entonces se generan voltajes de termopares en cada cable del dispositivo. Si el material del cable, la soldadura y la traza están todos hechos del mismo material en cada cable, el coeficiente será igual en cada cable del dispositivo.

Si cada cable del dispositivo está a la misma temperatura, entonces el voltaje del termopar generado en cada cable será idéntico (suponiendo que los coeficientes de Seebeck sean todos iguales). Si los voltajes son idénticos, sus efectos en el circuito se cancelarán y será como si no existieran (excepto con respecto al ruido aleatorio).

Para los componentes pequeños, debería haber grandes gradientes de temperatura (varios grados por mm) en la PCB para que los cables estén a temperaturas sustancialmente diferentes. Esto generalmente no ocurre a menos que esté disipando mucha energía (generalmente varios vatios) muy cerca del componente.

3) No hay tal cosa como un "voltaje máximo" en este caso. Los voltajes térmicos contienen ruido aleatorio. Solo puede especificar la probabilidad de que el promedio o el voltaje RMS permanezca dentro de algún límite durante algún período de tiempo. El pico de la tensión de ruido en teoría puede ser muy alto pero con una probabilidad muy pequeña.